KR101254289B1 - 치과 도재소부용 금속 합금 및 치과 보철물 - Google Patents
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Abstract
치과 도재소부용 금속 합금 및 치과 보철물이 제공된다. 치과 도재소부용 금속 합금은, 0 초과 35 중량% 이하의 금(Au); 5 내지 35 중량%의 은(Ag); 6 내지 40 중량%의 인듐(In); 30 내지 70 중량%의 팔라듐(Pd); 및 합계 0 초과 5.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.
Description
본 발명은 금속 합금에 관한 것으로서, 특히 치과에서 보철용으로 사용되는 도재소부용 금속 합금 및 이를 이용한 치과 보철물에 관한 것이다.
도재소부용 금속 합금은 인체 내에서 온도, 산도, 압력 등의 다양한 환경 변화가 일어나는 구강 내에서 사용되기 때문에, 우수한 기계적 성질 뿐만 아니라 화학적 안정성과 심미성을 요한다. 예를 들어, 도재소부용 금속 합금은 구강 내에서 사용되기 때문에 부식이나 변색 등이 없어야 하며, 인체 유해성이 없어야 한다. 또한, 도재소부용 금속 합금은 음식을 씹는 압력에 견딜 수 있어야 하므로 높은 기계적 성질을 요한다.
이러한 점에서, 금 함량이 높은 금계 합금이 도재소부용으로 널리 사용되고 있다. 하지만, 금계 합금은 가격이 높기 때문에, 금계 합금과 제반 성질이 유사하면서도 경제성이 우수한 대체 합금이 개발되고 있다. 예를 들어, 금-팔라듐 합금, 은-팔라듐 합금, 니켈-크롬 합금 등이 연구되고 있다.
하지만, 이러한 대체 합금으로 도재소부용으로 적합한 물리적 성질, 화학적 성질 및 심미성을 얻기는 쉽지 않다. 예를 들어, 니켈-크롬 합금은 가격적인 면에서 유리하나 알레르기 반응을 유발하거나 체내 중금속 축적을 유발한다는 문제점을 갖는다. 다른 합금은 변색물을 발생시키거나, 세포 독성을 유발하거나, 도재와 결합력이 낮거나, 또는 주조성이 낮은 문제가 있다. 이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 형태에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은, 0 초과 35 중량% 이하의 금(Au); 5 내지 35 중량%의 은(Ag); 6 내지 40 중량%의 인듐(In); 30 내지 70 중량%의 팔라듐(Pd); 및 합계 0 초과 5.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.
상기 금속 합금의 일 측면에 따르면, 아연(Zn), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 탄소(C), 안티몬(Sb) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 합계 0 초과 중량 10.0% 이하 더 포함될 수 있다.
상기 금속 합금의 다른 측면에 따르면, 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 란탄(La), 오스뮴(Os) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 합계 0 초과 2 중량% 이하 더 포함될 수 있다.
상기 금속 합금의 또 다른 측면에 따르면, 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 합계 0 초과 10.0 중량% 이하 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은, 0 초과 35 중량% 이하의 금(Au); 5 내지 35 중량%의 은(Ag); 12.0 내지 35.0 중량%의 인듐(In); 합계 0 초과 중량 10.0% 이하이고, 아연(Zn), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 탄소(C), 안티몬(Sb) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소; 합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소; 합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소; 합계 0 초과 2 중량% 이하이고, 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 란탄(La), 오스뮴(Os) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소; 및 잔부의 팔라듐(Pd) 및 불가피 분순물로 이루어진다.
상기 도재소부용 금속 합금의 일 측면에 따르면, 상기 인듐(In)의 함량은 12.0 내지 26.0 중량%이고, 상기 금속 합금의 용융 온도는 1030 내지 1200℃일 수 있다.
상기 도재소부용 금속 합금의 다른 측면에 따르면, 상기 인듐(In)의 함량은 20.3 내지 30.0 중량%이고, 상기 금속 합금의 용융 온도는 920 내지 1040℃일 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 0 초과 85 중량% 이하의 금(Au); 0 초과 35 중량% 이하의 은(Ag); 6 내지 40 중량%의 인듐(In);
5 내지 70 중량%의 팔라듐(Pd); 및 합계 0 초과 5.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 제 1 원소; 및 합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 제 2 원소를 포함할 수 있다.
상기 금속 합금의 일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 1 원소는 0 초과 내지 1.0 중량% 미만의 실리콘(Si)을 포함하고, 그리고/또는 상기 적어도 하나의 제 2 원소는 0 내지 5.0 중량% 범위의 코발트(Co)를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 금속 합금과 세라믹 도재의 소성 온도는 900 내지 980℃ 범위를 가질 수 있다.
상기 금속 합금의 다른 측면에 따르면, 합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 아연(Zn), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 탄소(C), 안티몬(Sb) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 제 3 원소가 더 제공될 수 있다.
상기 금속 합금의 또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 1 원소는 0 초과 내지 1.0 중량% 미만의 실리콘(Si)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 원소는 0 내지 5.0 중량% 범위의 코발트(Co)를 포함하는, 상기 적어도 하나의 제 3 원소는 0 초과 내지 5.0 중량% 이하의 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 치과 보철물은 전술한 치과 도재소부용 금속 합금들 중 적어도 하나를 이용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 치과 보철물의 제조 방법이 제공된다. 전술한 치과 도재 소부용 금속 합금을 제공한다. 상기 금속 합금을 전처리하여 표면의 금속 산화물을 제거한다. 상기 금속 합금 상에 세라믹 도재를 900 내지 980℃ 범위의 소성 온도 범위에서 접합한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐 및 인듐 함량을 높여서 경제성을 높이고, 아울러 다른 추가 원소를 통해서 우수한 기계적 성질, 화학적 안정성 및 높은 체내 적합성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐-인듐-금-은계 합금에 있어서 합금 성분을 적절하게 조절함으로써 세라믹 도재와의 고온 소성 시 합금의 변형을 방지할 수 있다.
도 1은 비교예에 따라 전처리를 거치지 않고 소성하여 제조한 치과 보철물을 보여주는 사진이고
도 2는 실험예에 따라 전처리를 거친 후 소성하여 제조한 치과 보철물을 보여주는 사진이다.
도 2는 실험예에 따라 전처리를 거친 후 소성하여 제조한 치과 보철물을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 중량%(wt%)는 전체 합금의 중량에서 해당 성분이 차지하는 중량을 백분율로 표시한 것이다. 중량%에 대한 범위는 초과 또는 미만인 경우에는 그 경계값을 포함하지 않고, 단순히 범위로 지정되거나 이상 또는 이하로 지정된 경우에는 그 경계값을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 불가피 불순물은 금속 합금 또는 보철물의 제조 시에 의도하지 않게 유입될 수 있는 통상적인 불순물을 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐(Pd)에, 금(Au), 은(Ag), 및 제 1 첨가 원소를 혼합하여 형성할 수 있다. 팔라듐은 주 원소로서 금 및 백금의 상당 부분을 대체하여 제공될 수 있고, 인체에 해가 없는 것으로 알려져 있다. 팔라듐의 함량은 금, 은 및 첨가 원소의 함량에 따라서 달라질 수 있고, 이들과 함께 적절한 치아 도재소부용 합금 성능을 발휘하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 비용 절감을 위해서 팔라듐은 합금의 잔부를 이룰 수 있고, 30 내지 70 중량% 범위에서 함유될 수 있다. 다른 예로, 금의 함량이 높아진 경우 팔라듐은 5% 이상의 범위에서 적절하게 선택될 수도 있다. 이러한 도재소부용 금속 합금에는 각 원소 자체의 불순물로부터 기인하여 또는 합금 단계에서 의도하지 않게 함유되는 불가피 불순물이 포함될 수 있다.
금은 부식 저항, 변색 저항 및 연성 향상을 위해서 첨가될 수 있고, 그 함량은 다른 원소, 예컨대 팔라듐의 함량을 고려하여 변할 수 있고 특별히 제한되지는 않는다. 다만, 가격 경쟁력이 필요한 경우, 금의 함량은 40중량%, 특히 35중량% 이하로 제한될 수 있고, 특히 대체 원소의 함량이 높은 경우 25 중량% 이하로 제한될 수 있다. 아울러, 금의 일부분이 백금(Pt)으로 대체될 수도 있다. 이 경우, 금과 백금의 전체 함량은 35 중량% 이하일 수 있다. 나아가, 백금은 값이 비싸고 용융 온도가 높아서 주조용 합금에서 20 중량% 이하로 제한 될 수 있다. 하지만, 가격 경쟁력이 중요하지 않은 경우, 팔라듐의 함량을 낮추고 금의 함량이 약 85% 내외까지 증대될 수도 있다.
은(Ag)은 팔라듐과 함께, 변색물의 발생, 파절, 수소 취성, 주조성 저하 등의 문제를 해결하기 위해서 첨가될 수 있다 (0% 초과 범위). 나아가, 은은 변색물 발생을 억제하고 연신율 향상을 위해서 최소 5 중량%는 첨가될 수 있고, 황변 현상을 고려하여 35 중량% 이하로 제한될 수 있다. 보다 엄격한 조건 하에서, 합금의 색상 유지를 위해서 은의 함량은 13 내지 31 중량% 범위로 제한될 수 있다.
인듐(In)은 도재와의 결합력을 향상시키고 심미성을 유지하기 위해서 첨가될 수 있다. 예를 들어, 도재와의 최소 결합력을 확보하기 위해서 인듐의 최소 함량은 3 중량%일 수 있다. 다만, 인듐의 함량이 최소 6 중량%이상인 경우, 합금의 색상이 황색을 띄게 되고 인듐의 함량이 높아질수록 황색이 뚜렷해진다. 한편, 인듐의 함량이 높아지면 합금의 용융온도가 낮아지고 그 열팽창계수가 증가되므로, 인듐 함량은 40% 이내로 제한되고 아울러 합금의 소성 온도에 따라서 적절하게 선택될 수 있다. 나아가, 경도의 과도한 상승 및 도재 결합 시 변형을 억제하기 위해서, 인듐의 함량은 35 중량% 이내로 더 제한될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들에서, 소성 온도의 범위는 세라믹 파우더에 따라서 다르게 선택될 수 있으나, 대략적으로 저온 소성의 범위는 약 800℃ 이하의 소성 온도를 지칭하고, 고온 소성의 범위는 약 900 내지 980℃의 소성 온도를 지칭할 수 있다.
제 1 첨가 원소는 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 제 1 첨가 원소는 인듐 증가로 인한 합금의 용융 온도 저하 및 열팽창계수 상승을 상쇄시킬 수 있다. 제 1 첨가 원소의 함량은 과도한 합금의 용융 온도의 상승 및 열팽창계수 감소를 고려하여 합계 0.1 중량% 이상 최대 10.0 중량% 이내로 제한되고, 보다 엄격한 조건 하에서는 붕사와 같은 산화물 생성 및 이에 따른 합금의 변색을 억제하기 위해서 최대 6.0 중량% 이하로 제한될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐(Pd)에, 금(Au), 은(Ag), 제 1 첨가 원소 및 제 2 첨가 원소를 혼합하여 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 도재소부용 금속 합금에는 각 원소 자체의 불순물로부터 기인하여 또는 합금 단계에서 의도하지 않게 함유되는 불가피 불순물이 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag) 및 제 1 첨가 원소에 대한 설명은 전술한 실시예를 참조할 수 있다.
제 2 첨가 원소는 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 함유할 수 있다. 제 2 첨가 원소는 제 1 첨가 원소와 유사하게 인듐 증가로 인한 합금의 용융 온도 저하 및 열팽창계수 상승을 상쇄시킬 수 있다. 이로 인해서 제 2 첨가 원소는 합금 내 인듐의 함량을 높일 수 있도록 해줌으로써 합금의 색상을 더욱 황색으로 만들 수 있도록 도와줄 수 있다.
나아가, 제 2 첨가 원소는 금속 합금 상에 세라믹 도재와 소성 시 인듐 증가로 인한 합금의 변형률 증가를 억제할 수 있다. 금속 합금 내 인듐은 세라믹 도재와의 고온 소성 시 세라믹 도재와 같이 흘러내릴 수 있다. 이러한 이유로 금속 합금 내 인듐 함량이 높은 경우, 이러한 금속 합금은 고온 소성용으로 이용되기 어렵다. 하지만, 제 2 첨가 원소는 인듐과 결합하여 고온 소성 시 인듐의 변형을 억제함으로써, 고온 소성용 금속 합금 내에 인듐의 함량을 증가시킬 수 있도록 도와준다.
예를 들어, 제 2 첨가 원소는 인듐의 변형을 억제하기 위해서 0.l 중량% 이상 함유될 수 있다. 제 2 첨가 원소는 소성 온도가 높을수록 필요성이 더 증대될 수 있다. 다만, 제 2 첨가 원소의 함량은 합금의 색상 변화 및 주조성 감소 등을 고려하여 합계로 10.0 중량% 이내로 제한될 수 있고, 나아가 과도한 합금의 용융 온도의 상승 및 열팽창계수 감소 등을 더 고려하여 5.0 중량% 이내로 제한될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐(Pd)에, 금(Au), 은(Ag), 제 1 첨가 원소 및 제 3 첨가 원소를 혼합하여 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 도재소부용 금속 합금에는 각 원소 자체의 불순물로부터 기인하여 또는 합금 단계에서 의도하지 않게 함유되는 불가피 불순물이 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag) 및 제 1 첨가 원소에 대한 설명은 전술한 실시예를 참조할 수 있다.
제 3 첨가 원소는 아연(Zn), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 탄소(C), 안티몬(Sb) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 제 3 첨가 원소는 인듐에 의한 합금의 황색 발현을 방해하는 원소, 예컨대 제 2 첨가 원소에 의한 영향을 보전하기 위해 첨가될 수 있다. 나아가, 제 3 첨가 원소는 제 1 첨가 원소에 의한 변색 발생을 방지할 수 있다. 다만, 제 3 첨가 원소의 증가는 합금의 주조성을 감소키실 수 있고 나아가 세포 독성 증가, 용융 온도 저하, 부식 저항성 등을 감소시킬 수 있어서 10.0 중량% 이하로 제한되고, 구리의 경우 5.0 중량% 이하로 제한될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐(Pd)에, 금(Au), 은(Ag), 제 1 첨가 원소 및 제 4 첨가 원소를 혼합하여 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 도재소부용 금속 합금에는 각 원소 자체의 불순물로부터 기인하여 또는 합금 단계에서 의도하지 않게 함유되는 불가피 불순물이 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag) 및 제 1 첨가 원소에 대한 설명은 전술한 실시예를 참조할 수 있다.
제 4 첨가 원소는 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 란탄(La), 오스뮴(Os) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 0 초과 2 중량% 이하 함유할 수 있다. 제 4 첨가 원소는 주조성을 향상시키거나 또는 합금의 결정립을 미세화하여 그 강도를 향상시킬 수 있고, 이러한 점에서 그 함량이 제어될 수 있다. 예를 들어, 제 4 첨가 원소는 그 함량이 2 중량%를 넘게 되면 결정립 미세화 효과가 약해지므로, 그 함량을 2 중량% 이내로 제한할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 치과 도재소부용 금속 합금은 팔라듐(Pd)에, 금(Au), 은(Ag) 및 제 1 첨가 원소를 첨가하고, 부가적으로 제 2 내지 제 4 첨가 원소들 가운데 둘 이상을 혼합하여 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 도재소부용 금속 합금에는 각 원소 자체의 불순물로부터 기인하여 또는 합금 단계에서 의도하지 않게 함유되는 불가피 불순물이 포함될 수 있다. 각 원소들의 기능은 전술한 실시예들의 설명을 참조할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 도재소부용 금속 합금은 고가의 금 및 백금 함량을 낮추고 대신 팔라듐 및 인듐 함량을 높여서 경제성을 높이고, 아울러 다른 추가 원소를 통해서 우수한 기계적 성질, 화학적 안정성 및 높은 체내 적합성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물은 전술한 도재소부용 금속 합금을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 치과 보철물은 전술한 금속 합금 상에 세라믹 도재를 접합하여 형성될 수 있다. 이러한 치과 보철물은 금속 합금의 우수한 기계적/화학적 성질과 세라믹 도재의 심미성을 융합하여 높은 상품성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 비교예 및 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 비교예들 및 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 비교예들 및 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
본 발명자들은 고가의 금 및 백금을 대체할 수 있는 후보로 팔라듐-인듐계 합금에 주목하였다. 이에, 우선 팔라듐-인듐계 합금의 조성비에 따른 물리적 성질을 조사하였다. 표 1은 실험예I에 따른 팔라듐-인듐계 합금의 조성 및 물리적 성질을 나타낸다. 표 1의 시편은 합금 성분들을 용해한 후 흑연 주형에 주입하여 주조체를 형성한 후, 압연기를 이용하여 주조체를 늘린 후 이를 각인 및 절단하여 만든 것이다.
| 실험예I | 합금 원소 (중량%) |
물리적 특성 | |||||
| Pd | Au | Ag | In | 열팽창계수 (10-6K-1) |
용융 온도 (℃) |
색상 | |
| 1 | 50 | 50 | 18.41 | 803 | 황색 | ||
| 2 | 55 | 45 | 17.75 | 867 | 황색 | ||
| 3 | 60 | 40 | 17.20 | 932 | 황색 | ||
| 4 | 62 | 38 | 16.82 | 958 | 황색 | ||
| 5 | 64 | 36 | 16.44 | 984 | 황색 | ||
| 6 | 66 | 34 | 16.06 | 1010 | 황색 | ||
| 7 | 68 | 32 | 15.68 | 1036 | 황색 | ||
| 8 | 70 | 30 | 15.36 | 1062 | 황색 | ||
| 9 | 35 | 3 | 35 | 27 | 18.02 | 918 | 황색 |
| 10 | 39 | 6 | 35 | 20 | 17.17 | 998 | 황색 |
| 11 | 41 | 9 | 35 | 15 | 16.58 | 1051 | 황색 |
| 12 | 41 | 12 | 35 | 12 | 16.26 | 1079 | 황색 |
| 13 | 41 | 15 | 35 | 9 | 15.93 | 1107 | 옅은 황색 |
| 14 | 39 | 20 | 35 | 6 | 15.65 | 1127 | 옅은 황색 |
표 1을 참조하면, 인듐의 함량이 높아질수록 합금의 용융 온도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이는 인듐의 용융 온도가 금 및 은에 비해서 훨씬 낮기 때문이다. 치과 보철물 제조 시 소성 온도를 고려하면, 도재소부용 금속 합금의 용융 온도는 920℃ 이상은 되어야 하고, 따라서 인듐의 함량은 40 중량% 이내로 제한될 수 있다. 한편, 도재소부용 합금의 색상을 황색으로 유지하기 위해서는, 인듐의 함량은 최소 6 중량% 이상 될 수 있고 특히 황색을 보다 짙게 하기 위해서는 12 중량% 이상으로 유지할 수 있다. 이러한 결과로부터, 이 후 실험예들에서 인듐의 함량은 12 내지 40 중량% 범위에서 첨가되었다.
표 2는 본 발명의 실험예II에 따른 합금 조성(중량%) 및 물리적 성질을 나타낸다.
| 실험예II | 합금 원소 | 물리적 특성 | ||||||||
| Au | Pd | Ag | Zn | In | Si | Ge | Zr | Co | 열팽창계수 (10-6K-1) |
|
| 1 | 10 | 45 | 17.5 | 0.5 | 27 | 0 | 16.96 | |||
| 2 | 10 | 45 | 17 | 0.5 | 27 | 0.5 | 14.90 | |||
| 3 | 10 | 45 | 16.5 | 0.5 | 27 | 1 | 12.94 | |||
| 4 | 10 | 45 | 15.5 | 0.5 | 27 | 2 | 8.80 | |||
| 5 | 10 | 45 | 17.5 | 0.5 | 27 | 0 | 16.96 | |||
| 6 | 10 | 45 | 17 | 0.5 | 27 | 0.5 | 16.04 | |||
| 7 | 10 | 45 | 16.5 | 0.5 | 27 | 1 | 15.13 | |||
| 8 | 10 | 45 | 15.5 | 0.5 | 27 | 2 | 13.19 | |||
| 9 | 10 | 45 | 17.5 | 0.5 | 27 | 0 | 16.96 | |||
| 10 | 10 | 45 | 17 | 0.5 | 27 | 0.5 | 16.41 | |||
| 11 | 10 | 45 | 16.5 | 0.5 | 27 | 1 | 15.66 | |||
| 12 | 10 | 45 | 15.5 | 0.5 | 27 | 2 | 14.36 | |||
| 13 | 10 | 45 | 17.5 | 0.5 | 27 | 2.5 | 16.81 | |||
| 14 | 10 | 45 | 17 | 0.5 | 27 | 0.5 | 2.5 | 14.81 | ||
| 15 | 10 | 45 | 16.5 | 0.5 | 27 | 1 | 2.5 | 14.96 | ||
| 16 | 10 | 45 | 15.5 | 0.5 | 27 | 2 | 2.5 | 14.31 | ||
표 2를 참조하면, 실험예II-1 내지 II-4를 참조하면, 실리콘(Si)이 첨가됨에 따라서, 금속 합금의 열팽창 계수가 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 실리콘이 증가됨에 따라서 상대적으로 은이 감소되었다. 예를 들어, 실험예II-1은 저온 소성용으로 이용될 수 있고, 실험예II-2는 고온 소성용으로 이용될 수 있다. 실험예II-3 및 II-4는 추가적인 합금 원소가 없는 경우 너무 열팽창 계수가 낮아서 도재소부용 합금으로 적합하지 않을 수 있다. 이를 바탕으로, 실리콘의 함량은 1차적으로 1 중량% 미만으로 제한할 수 있다. 다만, 다른 합금 원소를 첨가함으로써 실리콘의 함량을 더 높일 수도 있다.
실험예II-5 내지 II-8을 참조하면, 게르마늄(Ge)이 첨가됨에 따라서 금속 함금의 열팽창 계수가 감소되는 것을 알 수 있다. 다만, 실리콘에 비해서, 게르마늄이 첨가된 경우가 상대적으로 열팽팡 계수의 감소 정도가 낮은 것을 알 수 있다. 실험예II-5 및 II-6은 저온 소성용으로 이용되고, 실험예II-7은 고온 소성용으로 이용될 수 있다. 실험예II-8은 추가적인 합금 원소가 없는 경우 너무 열팽창 계수가 낮아서 도재소부용 합금으로 적합하지 않을 수 있다. 이를 바탕으로, 게르마늄의 함량은 1차적으로 2 중량% 미만, 예컨대 1 중량% 또는 그 이하로 제한할 수 있다. 다만, 다른 합금 원소를 첨가함으로써 게르마늄의 함량을 더 높일 수도 있다.
실험예II-9 내지 II-12를 참조하면, 지르코늄(Zr)이 첨가됨에 따라서 금속 함금의 열팽창 계수가 감소되는 것을 알 수 있다. 다만, 게르마늄에 비해서, 지르코늄이 첨가된 경우가 상대적으로 열팽팡 계수의 감소 정도가 살짝 낮은 것을 알 수 있다. 실험예II-9 내지 II-11은 저온 소성용으로 이용되고, 실험예II-12는 고온 소성용으로 이용될 수 있다. 이를 바탕으로, 지르코늄의 함량은 1차적으로 대략 2중량% 또는 약간 상회하는 범위까지 허용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 나아가, 고온 소성을 위해서는 지르코늄의 함량은 1 중량% 초과로 첨가될 수 있다. 다만, 다른 합금 원소를 첨가함으로써 이러한 함량은 변화될 수도 있다.
실험예II-13 내지 II-16을 참조하면, 코발트(Co)가 첨가됨에 따라서 전술한 금속 합금들의 열팽창 계수가 거의 유지되거나 또는 미량 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 실리콘, 게르마늄 및/또는 지르코늄을 첨가하고 부가적으로 코발트를 첨가함으로써, 금속 합금의 열팽창 계수를 낮추면서 동시에 인듐에 의한 고온 소성 변형을 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
표 3은 본 발명에 따른 실험예III에 따른 금속 합금의 조성(중량%)을 나타낸다.
| 실험예 III |
1군 | 2군 | 3군 | 4군 | 5군 | 6군 | 7군 | 8군 | |||||||||||||
| Pd | Au | Ag | In | Zn | Ga | B | Ge | Zr | Si | Fe | Cr | Nb | Mg | Ti | Co | Al | Ta | Mo | Ir | Ru | |
| 1 | 잔부 | 2 | 31 | 21.5 | 0.5 | 0.1 | 0.1 | ||||||||||||||
| 2 | 잔부 | 2 | 31 | 20.5 | 1.4 | 0.1 | 0.1 | ||||||||||||||
| 3 | 잔부 | 2 | 31 | 20.9 | 1.1 | 0.1 | |||||||||||||||
| 4 | 잔부 | 2 | 31 | 20.5 | 1.2 | 0.4 | |||||||||||||||
| 5 | 잔부 | 2 | 31 | 20.5 | 1 | 0.5 | 0.1 | ||||||||||||||
| 6 | 잔부 | 2 | 25 | 29.5 | 2.3 | 1 | 0.1 | 0.1 | |||||||||||||
| 7 | 잔부 | 2 | 26 | 29.1 | 2.5 | 0.2 | 0.5 | ||||||||||||||
| 8 | 잔부 | 5 | 21 | 23.4 | 2 | 0.1 | 3 | 0.5 | 3.9 | 0.1 | 1 | ||||||||||
| 9 | 잔부 | 5 | 18 | 24.8 | 2 | 3 | 1.8 | 0.1 | 0.1 | 3.4 | 1.5 | 0.2 | 0.1 | ||||||||
| 10 | 잔부 | 10 | 20 | 26.0 | 2 | 1.5 | 0.4 | 0.1 | |||||||||||||
| 11 | 잔부 | 10 | 24 | 15.2 | 2 | 2 | 1.5 | 0.7 | 3.9 | 0.1 | 1.5 | 0.1 | |||||||||
| 12 | 잔부 | 5 | 30 | 17.3 | 2 | 1 | 1 | 0.1 | 2.5 | 2 | 0.1 | ||||||||||
| 13 | 잔부 | 3 | 29 | 19 | 2 | 0.5 | 1 | 2.0 | 0.1 | 0.5 | 0.8 | 0.1 | |||||||||
| 14 | 잔부 | 20 | 18 | 14 | 1.5 | 0.1 | 0.5 | 4 | 0.8 | 0.1 | |||||||||||
| 15 | 잔부 | 20 | 18 | 13.8 | 1 | 0.2 | 0.8 | 0.1 | 0.5 | 3.5 | 1 | 0.1 | |||||||||
| 16 | 잔부 | 12 | 16 | 16.8 | 1 | 4 | 1 | 0.2 | 4.0 | 2.0 | 1.8 | 0.1 | 0.1 | ||||||||
| 17 | 잔부 | 10 | 16 | 15 | 2 | 5 | 1.5 | 1 | 3.9 | 0.1 | 0.4 | 0.1 | |||||||||
표 3의 시편들은 합금 성분들을 용해한 후 흑연 주형에 주입하여 주조체를 형성한 후, 압연기를 이용하여 주조체를 늘린 후 이를 각인 및 절단하여 만든 것이다. 합금 성분들의 용해는 적절한 반응로, 예컨대 유도로를 이용하여 수행될 수 있고, 산화 방지를 위해서 진공 분위기, 불활성 기체를 주입하면서 수행될 수 있다. 예를 들어, 반응로 내의 압력은 10-4 ~ 10-3 torr로 펌핑되고, 이 상태에서 아르곤, 질소 등의 기체가 주입될 수 있다.
실험예III-1 내지 실험예III-17에 따른 도재소부용 금속 합금은 제 1 내지 제 8 군 원소들의 일부 또는 전부로 구성될 수 있다. 위 실험예들에서, 제 1 군 원소로 위에 제시된 금 외에 백금이 더 첨가될 수도 있다. 위 실험예들에서 제 5 군 원소로 위에 제시된 원소들 외에, 주석(Sn), 셀레늄(Se), 탄소(C), 안티몬(Sb) 또는 구리(Cu)가 유사한 기능으로 부가될 수 있다. 제 7 군 원소로는 위에 제시된 원소들 외에 바나듐(V) 또는 텅스텐(W)이 유사한 기능으로 부가될 수도 있다. 제 8 군 원소로는 위에 제시된 원소들 외에 레늄(Re), 로듐(Rh), 란탄(La), 오스뮴(Os) 또는 비스무스(Bi)가 유사한 기능을 위해서 부가될 수 있다.
전술한 실시예들에서, 제 1 첨가 원소는 제 6 군 원소로부터 선택되고, 제 2 첨가 원소는 제 7 군 원소로부터 선택되고, 제 3 첨가 원소는 제 5 군 원소로부터 선택되고, 제 4 첨가 원소는 제 8 군 원소로부터 선택될 수 있다.
이하에서는 표 2의 실험예들에 따른 합금들의 물리적/기계적 성질, 생체적합성 및 접합력에 대한 결과를 설명한다.
물리적/기계적 성질 평가
표 4는 표 3의 실험예들에 대한 기계적/물리적 성질을 나타낸다. 이러한 결과는 표 3의 실험예들에 따라 제조된 합금을 기공소에서 사용하는 전기로 또는 산소-프로판가스 토치를 이용하여 용해한 후, ISO9693호 규격에 의거하여 시험을 행하여 얻어졌다.
| 실험예 III |
물리적 특성 | ||
| 열팽창계수 (10-6K-1) |
용융 온도(℃) | 색상 | |
| 1 | 17.2 | 1013 | 황색 |
| 2 | 16.3 | 1021 | 황색 |
| 3 | 16.5 | 1026 | 황색 |
| 4 | 16.2 | 1030 | 황색 |
| 5 | 15.9 | 1035 | 황색 |
| 6 | 16.4 | 950 | 황색 |
| 7 | 16.8 | 945 | 황색 |
| 8 | 15.6 | 965 | 황색 |
| 9 | 16.2 | 951 | 황색 |
| 10 | 15.8 | 1037 | 황색 |
| 11 | 14.7 | 1037 | 황색 |
| 12 | 14.1 | 1033 | 황색 |
| 13 | 15.2 | 1047 | 황색 |
| 14 | 13.5 | 1129 | 황색 |
| 15 | 14.2 | 1124 | 황색 |
| 16 | 12.1 | 1140 | 황색 |
| 17 | 13.1 | 1098 | 황색 |
표 3및 표 4를 같이 참조하면, 실험예III-1 내지 III-17에서 합금의 색상은 모두 황색이었다. 아울러, 합금의 용융 온도는 945 내지 1047℃ 범위이고 그 열팽창계수는 12.1 내지 17.2 10-6K-1 범위로, 이들 합금들은 저온 또는 고온 소성에 적합한 범위를 나타냈다. 실험예III-1 내지 III-17에서 팔라듐(Pd)의 함량은 예시적으로 39 ~ 45 중량% 첨가되었다. 하지만, 팔라듐의 함량은 금(Au) 및 은(Ag)의 함량을 줄이는 경우 증가될 수 있다.
실험예III-1 내지 III-17에서, 금(Au)의 함량은 약 2 ~ 20 중량% 범위이고, 은(Ag)의 함량은 약 13 ~ 31 중량%일 수 있다. 이러한 금 및 은의 함량 범위 내에서, 합금의 물리적 및 기계적 성질은 치아용 도부소재용으로 적합하였다. 하지만, 금 및 은의 함량은 전술한 바와 같이, 더 확장될 수 있다.
합금의 용융 온도와 열팽창계수는 1차적으로 인듐(In)의 함량에 크게 의존한다. 이러한 인듐의 1차적인 영향은 다른 합금 원소들에 의해서 약화 또는 강화될 수 있다. 저온 소성용 도재소부용 합금의 경우, 열팽창계수가 비교적 크더라도 용융 온도가 비교적 낮을 것이 요구된다. 반면, 고온 소성용 도재소부용 합금의 경우, 용융 온도가 비교적 높더라도 열팽창계수가 비교적 낮을 것이 요구된다.
예를 들어, 저온 소성용 합금은 그 용융 온도가 920 내지 1040℃ 범위이고, 그 열팽창계수가 15.5 x 10-6 ~ 17.5 x 10-6 K-1 범위일 수 있다. 이러한 점에서, 실험예III-1 내지 III-9에 따른 합금이 저온 소성용으로 이용될 수 있다. 이 경우 인듐의 함량은 약 20.3 내지 30.0 중량%, 구체적으로 20.5 ~ 29.5 중량%일 수 있다.
나아가, 용융 온도를 1000℃ 이하로 제한한 경우, 실험예III-6 내지 III-9와 같이 인듐의 함량은 약 23.0 내지 30.0 중량%일 수 있다. 더 나아가, 용융 온도를 1000℃ 이하로 제한하고 열팽창계수를 16.0 x 10-6 ~ 17.2 x 10-6 K-1 범위로 엄격하게 제한하는 경우, 실험예III-6, III-7 및 III-9와 같이 인듐의 함량은 약 24 ~ 30 중량%일 수 있다.
실험예III-8 및 III-9는 실험예III-1 ~ III-7에 비해서 제 7 군 원소(제 2 첨가 원소)를 더 포함하고 있고, 이에 따라 인듐 함량이 비교적 낮음에도 실험예III-1 ~ III-7에 비해서 그 용융 온도가 비교적 낮다는 것을 알 수 있다. 이러한 점에서, 제 7 군 원소는 저온 소성용 합금에서 인듐의 함유 범위를 넓히면서, 합금의 용융 온도를 낮추는 데 기여함을 알 수 있다.
고온 소성용 합금은 그 용융 온도가 넓게는 1030 ~ 1200 ℃ 범위, 좁게는 1030 ~ 1050 ℃ 범위이고, 그 열팽창계수가 넓게는 12.0 x 10-6 ~ 16.0 x 10-6 K-1 범위, 좁게는 13.0 x 10-6 ~ 15.5 x 10-6 K-1 범위, 더욱 좁게는 13.9 x 10-6 ~ 15.5 x 10-6 K-1 범위일 수 있다. 이러한 점에서, 실험예III-10 내지 III-17에 따른 합금은 넓게 볼 때 고온 소성용으로 이용될 수 있고, 이 경우 인듐의 함량은 약 12.0 내지 26 중량%일 수 있다. 한편, 이런 고온 소성 합금에서, 인듐의 함량은 다른 첨가 원소들, 예컨대 금, 백금 또는 제 7 군 원소(제 2 첨가 원소)를 늘림으로써 확대될 수 있다. 금, 은 또는 백금은 합금의 용융 온도를 높이는 데 기여할 수 있다. 제 7 군 원소는 합금의 용융 온도 감소와 인듐 증가에 따른 합금 변형을 축소하는 데 기여할 수 있다.
제 3 첨가 원소(제 5 군 원소)는 전술한 바와 같이, 합금의 강도, 부식방지 특성 등을 고려하여 10중량% 이하, 구체적으로 7 중량% 이하로 첨가되었다.
제 4 첨가 원소(제 8 군 원소)는 전술한 바와 같이, 합금의 결정립 미세화 정도를 고려하여, 2 중량% 이하, 특히 0.5 중량% 이하로 첨가되었다.
생체적합성 평가
표 3의 실험예III-1 내지 III-17에 따라서 제조된 시편의 생체적합성 실험은 ISO/TR 7455-1984의 규격에 의거하여 수행되었다.
<1> 급성독성시험
시편을 분말화한 후, 수용성 메틸셀룰로오스에 다양한 농도로 현탁시킨 후, 흰쥐(Albino rat)의 경구에 투여한 후, 2주간 매일 독성효과를 기록하였다. 그 결과, LD50은 8 g/kg으로서 생체안전성이 높은 것으로 나타났다.
<2> 한천중층실험
흰쥐의 섬유아세포 L-929세포를 Eagle MEM 배양액(10% FBS)에 1 mL당 5ㅧ105의 세포농도로 접종한 후 37℃에서 24시간 배양하였다. 배양 후 배양 접시의 액체 성분을 흡입 제거 후 Eagle 배양액에 한천을 1.0% w/v 넣은 것을 약 12 mL씩 배양접시에 중층 하였다. 상기 한천 평판 위에 0.02% w/v 뉴트럴레드·인산완충생리식염주사액 3 mL를 넣은 다음 5% 탄산가스장치를 사용하여 37℃에서 2~3 시간 배양하였다. 배양 후 과량의 염색액을 제거하고 다시 5% 탄산가스 배양장치를 사용하여 37℃에서 4시간 배양하였다. 배양 후 세포가 충분히 색소를 흡수한 평판을 6개씩 사용하여 평판 위에 실험예III-1 내지 III-5에서 제조한 시편 10ㅧ10ㅧ0.1 mm의 박편으로 제조한 후, 한천 평판 위에 올려놓았다. 평판 하나는 음성대조군으로 사용하였다. 이후, 상기 평판을 5% 탄산가스 배양장치를 이용하여 37℃에서 24시간 배양하였다. 배양세포의 반응은 배양 접시를 백색의 배경에서 관찰할 때 적색으로 염색된 세포가 검체의 밑 부분 및 주변에서 염색성이 저하되어 있는가에 의하여 판정하였다. 판정 결과, 세포 사멸 정도가 음성대조군과 큰 차이가 없어, 매우 우수한 생체적합성을 가짐을 알 수 있었다.
도재와의 결합력 평가
표 3의 실험예III-1 내지 III-17에 따라서 제조된 시편과 도재와의 결합력에 대한 검사는 ISO 9693 규격에 의거하여 수행하였다. 검사 결과, 검체 모두가 중앙 1/3에 도재가 50% 넘게 유지되어 있어, 매우 우수한 결합력을 나타내었다.
표 5는 본 발명에 따른 실험예IV에 따른 금속 합금의 조성(중량%) 및 물리적 특성을 나타낸다.
| 실험예IV | 1군 | 2군 | 3군 | 4군 | 5군 | 6군 | 7군 | 물리적 특성 | ||||||||
| Pd | Au | Pt | Ag | In | Zn | Cu | Ga | Ge | Si | Co | 열팽창계수 (10-6K-1) |
용융온도(℃) | 소성범위 | 황색정도 | 소성변형 | |
| 1 | 50 | 2 | 23 | 21 | 2 | 2 | 17.03 | 1030 | 저온 | 하 | X | |||||
| 2 | 40 | 2 | 25 | 30 | 3 | 18.05 | 943 | X | 중 | X | ||||||
| 3 | 40 | 2 | 24.6 | 30 | 3 | 0.4 | 16.20 | 945 | 저온 | 중 | X | |||||
| 4 | 40 | 2 | 24 | 30 | 3 | 1 | 16.40 | 943 | 저온 | 중 | X | |||||
| 5 | 45 | 15 | 16.5 | 21 | 2 | 0.5 | 14.4 | 1070 | 고온 | 중 | O | |||||
| 6 | 43.8 | 10 | 0.8 | 15.7 | 24 | 0.7 | 0.6 | 3.2 | 13.90 | 1180 | 고온 | 하 | X | |||
| 7 | 38 | 10 | 1 | 16.6 | 28 | 0.5 | 0.5 | 2.5 | 14.90 | 1100 | 고온 | 중하 | X | |||
| 8 | 45 | 15 | 14.5 | 21 | 2 | 0.5 | 2 | 14.1 | 1180 | 고온 | 중하 | X | ||||
| 9 | 21.8 | 40 | 1 | 15.4 | 18 | 0.5 | 1 | 1 | 0.6 | 1.5 | 14.14 | 11.5 | 고온 | 상 | X | |
| 10 | 24.8 | 35 | 1 | 16.5 | 19 | 0.5 | 1 | 1 | 0.6 | 1.5 | 14.22 | 1110 | 고온 | 상 | X | |
| 11 | 24 | 30 | 1 | 20 | 20 | 0.6 | 1.6 | 1.6 | 0.6 | 2 | 14.54 | 1096 | 고온 | 중상 | X | |
| 12 | 35 | 17 | 0.5 | 15.5 | 27 | 0.5 | 1.6 | 1.6 | 0.6 | 2.2 | 14.89 | 1082 | 고온 | 중상 | X | |
| 13 | 33 | 15 | 1 | 21.9 | 24 | 0.5 | 2 | 2 | 0.6 | 1.8 | 14.86 | 1101 | 고온 | 중 | X | |
| 14 | 35 | 13 | 1 | 21 | 25 | 0.5 | 2 | 2 | 0.6 | 1.8 | 14.87 | 1102 | 고온 | 중 | X | |
| 15 | 38 | 10 | 1 | 16.6 | 28 | 0.5 | 2 | 2 | 0.6 | 2.5 | 14.90 | 1100 | 고온 | 증 | X | |
| 16 | 35 | 10 | 1 | 21 | 26 | 0.5 | 2.6 | 2.6 | 0.6 | 3 | 14.89 | 1099 | 고온 | 중 | X | |
| 17 | 38 | 6 | 1.4 | 19.2 | 28 | 0.5 | 3 | 3 | 0.6 | 3 | 14.95 | 1100 | 고온 | 중하 | X | |
| 18 | 14 | 60 | 1 | 6.6 | 15 | 0.5 | 2 | 0.2 | 2 | 14.98 | 1095 | 고온 | 상 | X | ||
| 19 | 5.8 | 84 | 0.7 | 0.5 | 8.2 | 0.3 | 0.2 | 0.03 | 0.18 | 15.03 | 1073 | 고온 | 상 | X | ||
전술한 실험예들에서, 제 1 첨가 원소는 제 6 군 원소로부터 선택되고, 제 2 첨가 원소는 제 7 군 원소로부터 선택되고, 제 3 첨가 원소는 제 5 군 원소로부터 선택될 수 있다.
표 5를 참조하면, 인듐 함량이 약 21% 내외이고, 제 5 군 원소가 첨가된 실험예IV-1은 저온 소성용으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 하지만, 실험예IV-1은 실험예IV-2에 비해서 황색 발현이 약하고, 이는 상대적으로 인듐 함량이 낮기 때문으로 이해된다. 하지만, 실험예IV-2와 같이 인듐 함량만을 높이면 열팽창율이 급격하게 높아져, 저온 소성이 불가능해진다.
이런 점에서, 실험예IV-3 내지 IV-19에서 보이는 바와 같이, 제 6 군 원소의 첨가는 인듐 추가에 따른 열팽창율 상승을 상쇄시키는 데 효과적임을 알 수 있다. 이런 점에서, 실험예IV-3 및 IV-4는 저온 소성용으로 이용되면서, 황색 색상을 중간 정도 발현할 수 있는 것으로 파악된다.
한편, 인듐 함량이 30 중량% 이내이고, 제 6 군 원소(제 1 첨가 원소) 중 실리콘의 함량이 0.5 중량% 이상인 실험예IV-5 내지 IV-19가 고온 소성용으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 상업적인 세라믹 도재의 약 80% 이상이 고온 소성에 적합하다는 점을 감안하면, 고온 소성용으로 이용되는 이 실험예들의 금속 합금은 도재소부용으로 적합할 수 있다.
다만, 제 7 군 원소(제 2 첨가 원소)인 코발트가 없는 실험예IV-5의 경우, 도재소부 시 인듐의 흘러내림으로 인해 소성변형이 발생함을 알 수 있다. 따라서, 고온 소성을 위해서서는 금속 합금 내에 적절한 함량의 제 6 군 원소의 첨가가 필요하고, 나아가 고온 소성 시 소성 변형을 억제하기 위해서 적절한 함량의 제 7 군 원소의 첨가가 필요함을 알 수 있다. 예를 들어, 코발트는 5 중량% 이하의 범위에서 제어될 수 있다.
하지만, 제 7 군 원소, 예컨대 코발트의 첨가로 인해서, 실험예IV-6 내지 IV-8에서 보는 바와 같이, 금속 합금의 황색 발현 정도가 중하 또는 하급으로 떨어졌다. 이러한 문제를 고려하여, 실험예IV-9 내지 IV-16에서는 제 2 군 원소 및 제 5 군 원소, 특히 동(Cu)을 추가하거나 또는 그 함량을 늘림으로써 금속 합금의 황색 발현 정도를 중급으로 상향시킬 수 있음을 알 수 있다. 다만, 금의 함량이 상대적으로 낮은 실험예IV-17에서 금속 합금의 황색 발현 정도는 중하급으로 낮았다. 예를 들어, 동은 5 중량% 이하의 범위에서 제어될 수 있다.
특히, 실험예IV-9, IV-10, IV-18 및 IV-19와 같이 제 2 군 원소, 특히 금의 함량을 높이고, 제 5 군 원소로 구리를 첨가하고 상대적으로 팔라듐의 함량을 낮춘 경우, 금속 합금의 색상을 상급의 황색으로 만들 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 고온 소성용 금속 합금에서 금의 함량은 약 85% 내외까지 증대될 수 있음을 알 수 있다. 다만, 이 경우, 금의 함량이 증대되어 비용이 증가할 수 있어, 금의 함량은 비용을 고려하여 적절하게 조절할 필요가 있다.
전술한 실험예들에 따른 치과용 금속 합금은 세라믹 도재와 결합하여, 치과용 보철물로 이용될 수 있다. 선택적으로, 전술한 치과용 금속 합금은 세라믹 도재와 결합 시 적절한 전처리를 통해서 세라믹 도재와 결합력을 높일 수 있다. 통상적으로, 세라믹 도재와 금속 합금의 소성 시, 과도한 산화막이 개재되어 세라믹 도재와 금속 합금의 결합을 방해할 수 있다. 특히, 고온 소성 시 금속 합금 내 인듐이 산화될 수 있다.
이러한 점에서, 고온 소성 전에, 금속 합금을 전처리하여 금속 합금의 표면에서 금속 산화물을 제거함으로써 세라믹 도재와 금속 합금 사이에서 과도한 산화물 형성을 방지하여 둘 사이의 화학적 결합을 향상시킬 수 있다. 또한, 표면 에칭을 통해서 금속 합금의 표면에 기공을 만듬으로써 금속 합금과 세라믹 도재의 물리적 결합을 유도하여 결합력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 전처리는 금속 산화물을 제거하기 위한 습식 에칭을 포함할 수 있다. 예컨대, 불산과 질산의 수용액을 이용하여 습식 에칭을 수행할 수 있다. 에칭 시간은 금속 합금 내 금속 산화물의 함유량에 따라서 수 내지 수십분의 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.
도 1은 비교예에 따라 전처리를 거치지 않고 소성하여 제조한 치과 보철물을 보여주는 사진이다. 도 2는 실험예에 따라 전처리를 거친 후 소성하여 제조한 치과 보철물을 보여주는 사진이다. 실험예에서 금속 합금은 치아 모양으로 주조되었고, 세라믹 소재와 소성 온도는 약 900 내지 980℃범위일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전처리를 거치지 않은 경우, 세라믹 도재의 상당 부분이 치아 모양의 금속 합금으로부터 분리된 것을 알 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 적정 시간의 전처리를 거친 경우, 세라믹 도재가 치아 모양의 금속 합금으로부터 분리되거나 깨지지 않고 잘 붙어 있는 것을 알 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
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- 2 초과 40 중량% 이하의 금(Au);
5 내지 35 중량%의 은(Ag);
12.0 내지 28.0 중량%의 인듐(In);
0 초과 10.0 중량% 이하의 구리(Cu);
합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소;
합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소;
합계 0 초과 2 중량% 이하이고, 이리듐(Ir), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 란탄(La), 오스뮴(Os) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소; 및
잔부의 팔라듐(Pd) 및 불가피 분순물로 이루어지고,
그 열팽창계수가 13.0 x 10-6 ~ 15.2 x 10-6 K-1 범위인, 치과 도재소부용 금속 합금. - 삭제
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- 2 초과 40 중량% 이하의 금(Au);
0 초과 35 중량% 이하의 은(Ag);
12.0 내지 28.0 중량%의 인듐(In);
5 내지 70 중량%의 팔라듐(Pd);
0 초과 10.0 중량% 이하의 구리(Cu);
합계 0 초과 5.0 중량% 이하이고, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 제 1 원소;
합계 0 초과 10.0 중량% 이하이고, 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 제 2 원소를 포함하고
그 열팽창계수가 13.0 x 10-6 ~ 15.2 x 10-6 K-1 범위인, 치과 도재소부용 금속 합금. - 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 원소는 0 초과 내지 1.0 중량% 미만의 실리콘(Si)을 포함하는, 치과 도재소부용 금속 합금.
- 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 원소는 0 내지 5.0 중량% 범위의 코발트(Co)를 포함하고, 상기 금속 합금과 세라믹 도재의 소성 온도는 900 내지 980℃ 범위를 갖는, 치과 도재소부용 금속 합금.
- 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 원소는 0 초과 내지 1.0 중량% 미만의 실리콘(Si)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 원소는 0 내지 5.0 중량% 범위의 코발트(Co)를 포함하는, 치과 도재소부용 금속 합금.
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- 제 12 항에 있어서, 상기 구리(Cu)는 0 초과 내지 5.0 중량% 이하의 범위를 갖는, 치과 도재소부용 금속 합금.
- 제 9 항, 제 12 항 내지 제 15 항 및 제 17 항 중의 어느 한 항에 따른 치과 도재소부용 금속 합금을 이용하여 제조된 치과 보철물.
- 제 9 항, 제 12 항 내지 제 15 항 및 제 17 항 중의 어느 한 항에 따른 치과 도재 소부용 금속 합금을 제공하는 단계;
상기 금속 합금을 전처리하여 표면의 금속 산화물을 제거하는 단계; 및
상기 금속 합금 상에 세라믹 도재를 900 내지 980℃ 범위의 소성 온도 범위에서 접합하는 단계를 포함하는 치과 보철물의 제조방법. - 제 19 항에 있어서, 상기 금속 산화물을 제거하는 단계에서 전처리는 질산 및 불산의 수용액에서 습식 에칭법으로 진행하는, 치과 보철물의 제조방법.
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